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雷爱文 / 王涛 团队新突破!连续电化学驱动烯烃氨基氧环化,解锁饱和 N/O 杂环高效合成新路径在有机合成领域,构建含氮和氧的饱和杂环化合物一直是科研人员关注的重点。这类化合物因独特的电子和生物特性,在药物研发与材料科学中有着不可替代的作用。近日,由江西师范大学、江西中医药大学、武汉大学等机构组成的研究团队,在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上发表了一项突破性研究,提出了一种基于烯烃自由基阳离子/双亲核试剂参与的电化学氨基氧环化反应,为高效合成饱和N/O杂环化合物提供了全新思路。 连续流电化学实验的核心设计与目标 团队开展连续流电化学研究的核心目标,是在 “保持反应选择性与产率” 的前提下,突破传统批次反应的规模限制,验证该电化学氨基氧环化反应从 “毫克级实验室合成” 到 “克级制备” 的可行性 —— 这是评估合成方法产业化价值的关键指标,也是解决药物中间体、功能材料前体规模化供应难题的核心环节。 实验设计围绕 “反应体系适配性” 与 “参数优化” 展开:以团队前期优化的 “烯烃 - 磺酰胺氨基氧环化” 为模型反应(目标产物为 4ab,即通过 N-(2 - 羟乙基)-4 - 甲基苯磺酰胺与 1 - 苯基丙烯反应生成的吗啉衍生物),将批次反应的最优条件(碳毡阳极、铂片阴极、DBU 为碱、DCM/HFIP 混合溶剂、Et₄NBF₄为电解质)适配到连续流反应器中,重点调控 “流速” 与 “电流” 两大关键参数,平衡反应效率与产物收率。
图 连续流电化学装置 连续流电化学实验的关键参数与结果 为实现高效规模化制备,团队对连续流反应的核心参数进行了针对性优化,并获得了具有产业化参考价值的实验结果: 1.反应器与核心参数:采用 “循环模式” 连续流电化学反应器,阳极仍为碳毡(15 mm×15 mm×2 mm)、阴极为铂片(15 mm×15 mm×0.3 mm),与批次反应保持一致的电极材料以确保反应选择性;关键调整参数为 “流速” 与 “电流”—— 流速控制反应体系在电极表面的停留时间(影响反应转化率),电流控制电子转移效率(影响反应速率与过度氧化风险)。 2.最优参数组合:经过多组实验验证,确定 “0.5 mL/min 流速 + 40 mA 恒电流” 为最佳条件:流速过慢会导致反应体系在电极表面停留时间过长,增加过度氧化副反应;流速过快则会导致原料未充分反应,转化率下降;40 mA 电流则是在 “保证反应速率” 与 “避免电流过高导致的副反应” 之间的最优平衡,与批次反应的 4 mA 电流(毫克级)相比,通过电流与流速的协同调控,实现了反应规模的放大。 3.克级制备成果:在上述最优条件下,团队成功完成了目标产物 4ab 的克级合成 —— 单次实验投入 5.0 mmol 模型底物(N-(2 - 羟乙基)-4 - 甲基苯磺酰胺),最终分离得到 1.07 g 产物 4ab,产率达 65%。这一结果虽较批次反应的 88% 产率略有下降,但已显著优于传统杂环合成方法的规模化产率,且成功解决了 “批次反应放大时易出现的传质不均、局部过热、过度氧化” 等问题,证明该方法在规模化生产中具备实际应用价值。
杭州布瑞利斯连续流电化学技术:多维度突破,赋能有机合成高效绿色产业化 杭州布瑞利斯的连续流电化学技术优势突出,全方位适配有机合成需求:其一,能精准控制电位、电流等反应条件,结合优化的电极结构与反应腔体,为电化学反应提供稳定环境,有效促进电子转移,提升反应速率与选择性,如在电化学芳烃 C-H 胺化中可精准调控进程、避免副反应;其二,凭借短停留时间、高传质效率及大电极比表面积,大幅提升反应效率,还能突破传统方法局限,像实现缺电子芳烃的高效反应且保证良好区域选择性;其三,底物适用性广泛,在芳烃 C-H 胺化中兼容富电子、缺电子、卤代芳烃及多种杂环化合物,对传统难处理的底物也有效,同时适配维生素 D3 合成等特定反应;其四,减少化学试剂依赖,缩短反应时间与能耗,降低成本和环境污染,符合环保要求;其五,依托平行微反应器等设计,可实现高效规模化生产,如芳烃 C-H 胺化中连续运行 4 天能产出超 100 克产物,且工业放大灵活、运行稳定,为有机合成的高效化、绿色化与产业化提供有力支撑。
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